CN1830225A - 图像接收机用扬声器系统以及扬声器设置方法 - Google Patents

Abstract

提供一种在充分宽的收听点上能够确保均匀性高的音响特性的基础上，能够减小图像接收机的壳体宽度的图像接收机用扬声器系统及其扬声器设置方法。该图像接收机用扬声器系统及其扬声器设置方法具备在图像接收机的画面的左右播放中高音的第1扬声器，和在画面的下部播放中低音的第2扬声器，在从图像接收机离开第1距离，并且距离画面的左右中央正面轴起第2距离以内设定了收听点的情况下，在把从第1扬声器到收听点的距离设置为R1、把从第2扬声器到收听点的距离设置为R2、把交叉频率设置为f时，以R1和R2和f满足规定的关系式的方式设定扬声器系统。

Description

图像接收机用扬声器系统以及扬声器设置方法

技术领域

本发明涉及在图像接收机中使用的扬声器系统以及该扬声器设置方法。

背景技术

以往的图像接收机用扬声器系统在图像接收机的画面的侧面设置有播放中高音及以上的声音的扬声器，在上述接收机的画面的下部设置有播放中低音的扬声器。这样的以往的图像接收机用扬声器系统例如公开于特开2000-354285号公报(第1～5页，图1)。

图4表示以往的图像接收机用扬声器系统。图4的图像接收机用扬声器系统在图像接收机的画面101的侧面具有播放中高音及以上的声音的扬声器102，在画面101的下部具有播放中低音的扬声器103，并具有分频网络104。在该结构中，可以调整中高音用的扬声器102和中低音用扬声器103的音量差，使得在左右中央正面轴(从画面左右处中央位置上向前的轴)上的收听点上接近均匀的音响特性。

并且，为了在离开左右中央正面轴的收听点上也保证均匀的音响特性，一般的方法是，尽可能降低中高音用扬声器和低音用扬声器的截止频率，或者把中高音用的扬声器和中低音用的扬声器的位置尽可能配置在接近的位置上。

发明内容

一种图像接收机用扬声器系统，具备：

第1扬声器，其在图像接收机的画面的左右区域中播放在画面的上下方向的大致中央处形成声像的中高音；以及

第2扬声器，其在画面的下部播放中低音；

当把收听点设定为在画面的前方向上离开第1距离并且距画面的左右中央正面轴在第2距离以内的情况下，从第1扬声器的音源位置到收听点的距离R1、从第2扬声器的音源位置到收听点的距离R2、用分频网络进行了分频的第1扬声器和第2扬声器的交叉频率f满足以下关系式：

$|\exp (-j\×k\×R1)\×\exp (j\×D\×\mathrm{\π}/4)$

$+{(-1)}^{D+1}\×\exp (-j\×k\×R2)\×\exp (-j\×D\×\mathrm{\π}/4)|\≥1/\sqrt{2}$

k＝2π×f/c

exp＝指数函数

j＝复数的单位

c＝音速

π＝圆周率

D＝分频网络的次数(0或者正整数)。

一种图像接收机用扬声器系统的扬声器设置方法，在具备：

在图像接收机的画面的左右区域中播放在画面的上下方向大致中央处形成声像的中高音的第1扬声器；以及

在画面的下部播放中低音的第2扬声器的图像接收机扬声器系统中；

在把收听点设定为在画面的前方向上离开第1距离并且距画面的左右中央正面轴在第2距离以内的情况下，在从第1扬声器的音源位置到收听点的距离R1、从第2扬声器的音源位置到收听点的距离R2、用分频网络进行了分频的第1扬声器和第2扬声器的交叉频率f满足以下关系式的地方，设置第1扬声器和第2扬声器：

$|\exp (-j\×k\×R1)\×\exp (j\×D\×\mathrm{\π}/4)$

$+{(-1)}^{D+1}\×\exp (-j\×k\×R2)\×\exp (-j\×D\×\mathrm{\π}/4)|\≥1/\sqrt{2}$

k＝2π×f/c

exp＝指数函数

j＝复数的单位

c＝音速

π＝圆周率

D＝分频网络的次数(0或者正整数)。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的扬声器系统的结构图。

图2是把图1中的画面的大小假设为37英寸时的视听区域的声压分布图。

图3是把图1中的画面的大小假设为50英寸时的视听区域的声压分布图。

图4是以往的扬声器系统的结构图。

具体实施方式

但是，在上述以往的结构中，虽然在左右中央正面轴上的收听点上具有均匀的音响特性，但如果分频网络的频率过高，则能够提供该音响特性的服务区域能覆盖到哪个范围不明确。因而，这种情况下只有在每次实际制作该系统时凭听觉感受来确认决定。

因此，因为在实际制作系统前预先考虑时把服务区域取得较宽，所以如上所述采用将中高音用的扬声器和低音用扬声器的截止频率设置为不具有指向性的小于等于200Hz的频率的方法，和/或把中高音用的扬声器和中低音用的扬声器的位置设置在尽可能靠近的位置上的方法等。但是，如果设定低的截止频率，则作为在图像接收机两侧的中高音用的扬声器就需要大的扬声器。另外，如果使低音用的扬声器接近在图像接收机的两侧的中高音用扬声器，则作为两扬声器的设置位置就需要大的空间。

因为在接近人的听觉特性灵敏度高的中高音用的扬声器的位置上形成声像，所以，为了把声像形成在画面的中央附近希望中高音用扬声器设置在画面上下方向的中央。但是，在上述的结构中设置中高音用的扬声器需要大的空间。因此，减小图像接收机的壳体(机箱)宽度非常困难。

本发明就是为了解决上述以往的课题而提出的，其目的在于：通过求在已确定的视听区域中的最佳的扬声器的配置和分频网络的频率的关系，把中高音用的扬声器和中低音用的扬声器的位置、截止频率设置成满足该关系式的关系，使得能够容易地决定各要素。另外，即使在把截止频率设定在以往未被考虑的高的值的情况下，根据该关系式也可以确定能够在充分宽的收听点上确保均匀性高的音响特性的各要素。另外，即使在中高音用的扬声器和中低音用的扬声器的位置离开到以往未被考虑的程度时，也可以确定能够在充分宽的收听点上确保均匀性高的音响特性的各要素。

以下参照附图说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1中的图像接收机用扬声器系统的结构的图。在图1中，在图像接收机的画面1的左右区域上在画面1的上下方向的大致中央位置上配置有中高音用扬声器2，在画面1的下部配置有中低音用扬声器3。通过这样构成，因为一边将声像形成在画面中央附近一边只把外形小的中高音用扬声器设置在画面1的左右，所以能够减小图像接收机的壳体的宽度。

分频网络4用于分开从中高音用扬声器2发生的音频的频率区域和从中低音用扬声器3发生的音频的频率区域，通常包括高通滤波器和低通滤波器。把各滤波器的截止特性交叉的频率称为交叉频率。交叉频率预先根据所使用的扬声器特性进行调整。在此如果想要把中高音用扬声器2设置得更小，则需要将该交叉频率设定得更高。一般如果是把交叉频率设定为大于等于200Hz的扬声器，则可以使用非常小的扬声器，非常节省空间。

以下，在图像接收机的画面的前方向(图1中的Z轴方向)把收听点M设定在从画面1离开第1距离的位置上。现在图像的高清晰度化、高画质化，并且画面横纵比是16∶9的宽画面化不断发展。因而，视听者一定希望设定成这样的扬声器系统：能够近距离地欣赏具有动人心魄的音响效果的高清晰度化和高画质化和宽画面化的图像。从这样的背景出发，作为第1距离例如是画面1的上下尺寸的3倍的距离，在离开该距离的位置上设定收听点M。然后把收听点N设定在从画面1的左右中央正面轴(图1中Z轴)离开第2距离的位置上。作为第2距离例如设定为1m。该距离是设想了多人视听的情况、或者视听者一边视听图像一边移动的情况的距离。

而且因为该第2距离的距离是设想了一般的大型电视机的距离，所以只要设定为根据图像接收机的种类设想的距离就行。并且，第2距离的距离也可以根据视频品质、声音品质、接收机的形态等设定成和上述不同的值。

进而在本发明的扬声器系统中，如以下那样确定设置中低音用扬声器3的左右位置(图1中X轴方向的位置)。

首先把中高音用扬声器2和收听点N的距离设为R1。同样把中低音用扬声器3和收听点N的距离设为R2。当把上述已说明的交叉频率设置为f，把分频网络的次数(度数)设置为D时，以满足以下关系式的方式设计扬声器系统，并设置各扬声器。

$|\exp (-j\×k\×R1)\×\exp (j\×D\×\mathrm{\π}/4)$

$+{(-1)}^{D+1}\×\exp (-j\×k\×R2)\×\exp (-j\×D\×\mathrm{\π}/4)|\≥1/\sqrt{2}$

                            (式1)

k＝2π×f/c                  (式2)

例如，使用如果画面1的大小能被确定则大致可以同时决定的R1，和可以根据所使用的扬声器的特性大致确定最佳值的f来确定R2的值。而且因为(公式1)是不等式，所以R2表示为具有一定范围的数值。

下面，因机构上的结构限制，在画面1的下部区域决定能够设置中低音用扬声器的部位。例如，如果是使用了布劳恩管的电视接收机，则不能设置在设有支撑重量大的布劳恩管的支柱的部位上。或者也不能设置在配置有遥控器的光接收部、操作键等的部位上。而后如果确定了可以进行设置的部位，则在该部位且满足上述R2的位置上设置中低音用扬声器3。

以下说明以上那样构成的扬声器系统的动作。

首先，调整中高音用扬声器2和中低音用扬声器3的可收听频率的音量差，使其在收听点M上具有均匀的音响特性。由此可以确保收听点M的音响特性的均匀性。

但是，在成为调整的基准的收听点以外，音响特性的均匀性被破坏。其原因是在从不同音源发出同一频率的声音的情况下，如果从各个音源到收听点的距离变化，则距离不同导致声波的相位不同，从而因相位差产生衰减。如果是充分低的频率和/或充分高的频率，因为通过分频网络4只从某一方的扬声器中发出声音，所以不会产生这样的问题。但是，在上述交叉频率附近因为双方的扬声器都发出声音，使得问题突出。

为了解决该问题，在使交叉频率处的衰减在2个扬声器的中央轴上不依赖于距离地为0dB时，只要在假设视听者进行收听的范围内使其能收敛在-3dB以内即可。-3dB的衰减就是衰减到原本的声音能量的一半。一般，在人的听觉上，如果声音降低到比原本的声音能量的一半还低，则人就能感觉到不协调。从这样的观点出发，在实际使用中如果衰减是-3dB左右，则可以判断为能够确保音响特性的均匀性。

在此，以下简单地展示(式1)的导出背景和意义。

(公式1)的exp(-j×k×R1)的k×R1在考虑到(式2)的关系时，相当于用声波的相位表示从中高音用扬声器2到收听点N的距离的值。因而，式(1)的exp(-j×k×R1)是从中高音用扬声器2发出的频率f的声音在直到到达收听点N为止所产生的相位延迟。

可是，在音频信号的输出电路和中高音用扬声器2之间插入有分频网络4，经由分频网络4向中高音用扬声器2提供音频信号。

分频网络4起到在频率轴上分离提供给中高音用扬声器2的音频信号和提供给中低音用扬声器3的音频信号的作用。一般而言，通过插入分频网络4，可以形成D次的高通滤波器和D次的低通滤波器。中高音用扬声器2的系统构成D次高通滤波器，中低音用扬声器3的系统构成D次的低通滤波器。“D”是0或者正整数。通常把中高音用扬声器2和中低音用扬声器3看成纯电阻，把音频信号的输出电路的输出阻抗看成小值的纯电阻。在分频网络4中存在中高音用扬声器2用的电路和中低音用扬声器3用的电路。在“D”是1的情况下，中高音用扬声器2用的电路由相对于中高音扬声器2串连插入的电容构成，中低音用扬声器3用的电路由相对中低音用扬声器3串连插入的电感构成。即，中高音用扬声器2的系统在截止频率附近等价于1次超前电路，中低音用扬声器3用的系统在截止频率附近等价于1次延迟电路。一般来说，把中高音用扬声器2一侧的截止频率和中低音用扬声器3一侧的截止频率设置成相同。该截止频率相当于交叉频率f。

可是，由于分频网络4介于音频信号的输出电路和中高音用扬声器2之间，所以从中高音用扬声器2发出的声音在交叉频率f成为1次超前相位。即，相位超前π/4。(式1)的exp(j×π/4)表示该相位超前。

结果，从中高音用扬声器2发出的声音到达收听点N时的相位偏移是exp(-j×k×R1)和exp(j×π/4)的乘积。即这相当于(式1)中的exp(-j×k×R1)×exp(j×π/4)。

另一方面，(式1)的exp(-j×k×R2)的k×R2，如果考虑到(式2)的关系，则相当于把从中低音用扬声器3到收听点N的距离用声波的相位进行表示的值。因而，(式1)的exp(-j×k×R2)是从中低音用扬声器3发出的频率f的声音在直到到达收听点N为止所产生的相位延迟。

分频网络4介于音频信号的输出电路和中低音用扬声器3之间。如果设想次数“D”是1的情况，则从中低音用扬声器3发出的声音在交叉频率f成为1次延迟相位。即，延迟π/4相位。(式1)的exp(-j×π/4)表示该相位延迟。

结果，从中低音用扬声器3发出的声音到达收听点N时的相位偏移是exp(-j×k×R2)和exp(-j×π/4)的乘积。即，这相当于(式1)中的exp(-j×k×R2)×exp(-j×π/4)。

可是，从中高音用扬声器2发出的到达收听点N的声音，和从中低音用扬声器3发出的到达收听点N的声音的合成是在收听点N的声音。即，到达收听点N的声音的合成用(式3)表示。

exp(-j×k×R1)×exp(j×π/4)

+exp(-j×k×R2)×exp(-j×π/4)    (式3)

由于达到收听点N的声音的振幅相当于(式3)的绝对值，所以到达收听点N的声音的振幅可以用(式4)表示。

|exp(-j×k×R1)×exp(j×π/4)

-exp(-j×k×R2)×exp(-j×π/4)|      (式4)

(式4)是设想作为次数的“D”的值是1的情况下的式子。本发明中的次数“D”并不限于1。如果把次数作为0或者正整数而使用变量“D”，因为在音频信号的输出电路和中高音用扬声器2之间插入次数“D”的分频网络4，所以从中高音用扬声器2发出的声音在交叉频率f变为D次的超前相位。即，超前D×π/4的相位。因为在音频信号的输出电路和中低音用扬声器3之间插入次数“D”的分频网络4，所以从中低音扬声器3发出的声音在交叉频率f成为D次的延迟相位。即，延迟D×π/4的相位。因而，在次数是“D”的情况下(式4)变为(式5)。进而，因为偶数时exp(j×π/4)、exp(-j×π/4)的相位分别反转，所以考虑偶数时(式4)成立。

|exp(-j×k×R1)×exp(j×D×π/4)

+exp(-j×k×R2)×exp(-j×D×π/4)|     (式5)

(式5)是(式1)的左边，(式1)的右边以分数的形式表现-3dB。

如上所述由于扬声器系统满足(式1)，因而能够确保-3dB以内的音响特性的均匀性。

并且，在收听点M和收听点N之间当然能够确保音响特性的均匀性。对于相对画面1比收听点M还远的位置，因为从2个音源开始的距离的差减少，所以能够确保音响特性的均匀性。因而用本发明的构成，可以实现能够再现与图像接收机的画面大小相适应的均匀性高的音响特性所需要的视听区域。

以下图2表示用计算机模拟在以(式1)为基础构成的37英寸的16比9的显示器的声压分布的图。该尺寸是使用布劳恩管的显示器的最大级别的尺寸。画面越大音源的位置相距越远，越难确保音响特性的均匀性。

在该模拟中，首先把交叉频率f设定为500Hz。该值的频率更有利于使用小扬声器，但该频率不利于确保音响特性的均匀。

进而，和图1的关系一样，取图像接收机的画面1的中央作为原点。而后，在X轴方向上的0.455米、Y轴方向上的0米处配置中高音用扬声器2。另外设定成，在相当于满足(式1)的R2的位置的X轴方向的0.22米、Y轴方向的0.3米处配置中低音用扬声器3。

在上述条件下，模拟的结果在图2中用多条线表示。图形的横轴51表示从在画面1的中央设定的原点起的X轴方向的距离，纵轴52表示从画面朝向前方向离开的距离。该平面整体相当于从上方看图1中的视听区域5的情况。另外各斜线表示已设定的频率的从图像接收机的画面1中央正面轴上起的发生了相同的衰减的点的连线，各相邻连线之间相差1dB的衰减。特别是表示3dB的衰减的线用实线53、54表示，其他用虚线表示。

从该图形知道越靠外侧声压衰减越均匀。由此可知，由于图像接收机的画面高度是0.46米，所以收听点M在1.38米的位置，从那里开始在X轴方向上1米的位置是大致

分之1的声压(-3dB)线。另外，可以知道充分确保了衰减小于3dB的区域。

同样图3是用计算机模拟50英寸的16比9的显示器的视听区域5中的声压分布的图。该尺寸设想了使用PDP的显示器，画面比图2所示的大，确保音响特性的均匀性更加困难。

此时从图像接收机的画面1的中央开始在X轴方向的0.615米、Y轴方向的0米处配置中高音用扬声器2。作为相当于满足(式1)的R2的位置，在从图像接收机的画面1的中央开始X轴方向0.25米、Y轴方向的-0.385米处配置中低音用扬声器3。而且，交叉频率f和图2一样是500Hz。

在图3的条件下也和图2一样越靠外侧声压衰减越均匀。另外各斜线表示已设定的频率的从接收机的画面1中央正面轴上起的发生了相同的衰减的点的连线，各相邻连线之间相差1dB的衰减。特别是表示3dB的衰减的线用实现57、58表示，其他的用虚线表示。图像接收机的画面高度因为是0.622米，所以接收点M在纵轴56的方向上是1.866米，由此在X轴(横轴55)方向的1米位置表示的是大致 分之1的声压(-3dB)线。另外和图2一样，可以知道充分确保了衰减小于等于3dB的区域。

如以上所述，通过只把小尺寸的中高音扬声器配置在图像接收机的画面的左右区域且画面上下方向的大致中央处，可以在把声像形成在画面中央附近的同时尽可能减小图像接收机壳体宽度。如从以上的模拟结果可知的那样，通过在满足(式1)的关系下设定f和R1和R2和D，可以实现能够再现与图像接收机的画面大小相应的均匀性高的音响特性所需要的视听区域。

而且，在本实施方式中，叙述了根据f和R1设定满足上述关系式的R2的情况。但并不限于此，只要是满足上述关系式，也可以预先设定R1和R2，从上述关系式求能够实现以这样的位置关系再现均匀性高的音响特性的视听区域的交叉频率f，进行分频网络的设定。

另外，在以上的说明中，展示了中高音用扬声器2由单独的扬声器构成的情况，但也可以把2个或者2个以上的多个扬声器配置在图像接收机的画面左右的区域上，使其综合的声像位于该画面的上下方向的大致中央处。这种情况下，播放中高音的第1扬声器定义为由2个或者2个以上的多个扬声器构成。

另外，图2以及图3所示的本发明的一例对在图1中位于X轴方向的正的位置上的中高音用扬声器和中低音用扬声器进行了叙述，当然，在配置立体声的扬声器系统时，在左右双方的扬声器系统中都可以使用本发明的扬声器系统。

从以上说明中可以清楚，本发明的图像接收机用扬声器系统以及扬声器设置方法在可以实现能够再现与图像接收机的画面尺寸相应的均匀性高的音响特性所需要的视听区域的同时，能够减小图像接收机的壳体宽度。

另外，由于可以根据扬声器的位置和分频网络的频率的关系预先计算视听区域，所以还可以一边实现与图像接收机的画面尺寸相应的必要的最低限度的视听区域，一边尽可能减小图像接收机的壳体宽度。

而且，在本实施方式中，把交叉频率设置成500Hz进行说明，但即便把交叉频率设置为400Hz、600Hz等也可以得到同等的效果。能够播放大于等于200Hz的扬声器的宽度需要最低大于等于40mm。但是，如果是只能播放大于等于400Hz的扬声器，则可以把宽度抑制在最低20mm或者以下。因而，通过把交叉频率设置在大于等于400Hz并且小于等于600Hz，可以减小中高音扬声器的尺寸，能够在充分宽的收听点上确保均匀性高的音响特性，并且能够减小图像接收机的壳体宽度。由此，可以提高设计上的自由度。

采用本发明的图像接收机用扬声器系统以及扬声器设置方法可以一边实现能够再现与图像接收机的画面大小相应的均匀性高的音响特性所需要的视听区域，一边减小图像接收机的壳体宽度。本发明的图像接收机用扬声器系统对使用布劳恩管和PDP的显示器自不待言，作为在画面上进行投影的投影型显示器和有机EL、液晶等的监视器用扬声器系统也有用。另外，也可以应用于作为橱窗用显示器的监视器用扬声器系统这一用途。

Claims (8)

1.一种图像接收机用扬声器系统，具备：

在图像接收机的画面左右区域播放在上述画面的上下方向大致中央处形成声像的中高音的第1扬声器；以及

在上述画面的下部播放中低音的第2扬声器；

其中，在上述画面的前方向上离开笫l距离且从上述画面的左右中央正面轴起第2距离以内设定了收听点的情况下，从上述第1扬声器的音源位置到上述收听点的距离R1、从上述第2扬声器的音源位置到上述收听点的距离R2、由分频网络进行了分频的上述第1扬声器和上述第2扬声器的交叉频率f满足以下关系式：

$|\exp (-j\×k\×R1)\×\exp (j\×D\×\mathrm{\π}/4)$

$+{(-1)}^{D+1}\×\exp (-j\×k\×R2)\×\exp (-j\×D\×\mathrm{\π}/4)|\≥1/\sqrt{2}$

k＝2π×f/c

exp＝指数函数

j＝复数的单位

c＝音速

π＝圆周率

D＝分频网络的次数(0或者正整数)。

2.根据权利要求1所述的图像接收机用扬声器系统，其中，上述第2距离是1m，上述交叉频率f大于等于200Hz，上述第2扬声器位于满足上述关系式的地方。

3.根据权利要求1所述的图像接收机用扬声器系统，其中，上述第1距离是上述画面的上下尺寸的3倍。

4.根据权利要求1所述的图像接收机用扬声器系统，其中，上述交叉频率f大于等于400Hz并且小于等于600Hz。

5.一种图像接收机用扬声器系统的扬声器设置方法，

在具备：在图像接收机的画面左右区域上播放在上述画面的上下方向大致中央处形成声像的中高音的第1扬声器；以及

在上述画面的下部播放中低音的第2扬声器的图像接收机用扬声器系统中，

在上述画面的前方向上离开第1距离且从上述画面的左右中央正面轴起第2距离以内设定了收听点的情况下，在从上述第1扬声器的音源位置到上述收听点的距离R1、从上述第2扬声器的音源位置到上述收听点的距离R2、由分频网络进行了分频的上述第1扬声器和上述第2扬声器的交叉频率f满足以下关系式的位置，设置上述第1扬声器和上述第2扬声器：

$|\exp (-j\×k\×R1)\×\exp (j\×D\×\mathrm{\π}/4)$

$+{(-1)}^{D+1}\×\exp (-j\×k\×R2)\×\exp (-j\×D\×\mathrm{\π}/4)|\≥1/\sqrt{2}$

k＝2π×f/c

exp＝指数函数

j＝复数的单位

c＝音速

π＝圆周率

D＝分频网络的次数(0或者正整数)。

6.根据权利要求5所述的图像接收机用扬声器系统的扬声器设置方法，其中，上述第2距离是1m，上述交叉频率f大于等于200Hz。

7.根据权利要求5所述的图像接收机用扬声器系统的扬声器设置方法，其中，上述第1距离是上述画面的上下尺寸的3倍。

8.根据权利要求5所述的图像接收机用扬声器系统的扬声器设置方法，其中，上述交叉频率f大于等于400Hz并且小于等于600Hz。

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